A televíziókészülékek, a videofelvevők, a set-top boxok és a szélessávú kábelvevők mindegyike közös elemmel rendelkezik: a tunerrel. Bár ezekben az eszközökben az összes többi elektronikai alkatrész zsugorodik a félvezető technológia zsugorodásával, a fogyasztói alkalmazások gyakran hatalmas "tuner tankokat" használnak e kritikus funkció eléréséhez. A tuner kialakításának kihívást jelentő korlátai az oka annak, hogy ez a technológia továbbra is fennáll, de a piaci erők a szilícium tunereket az előtérbe helyezik.
A tuner tervezőnek számos kihívást kell leküzdenie. A műsorszóró televíziós és kábel alkalmazások bemeneti jele a 48 MHz és 861 MHz közötti frekvenciasávban található, és a térerő széles dinamikatartományú lehet. Például a televíziós műsorszóró alkalmazásokban a kiválasztandó jel szomszédos nem kívánt csatornákkal rendelkezhet, amelyek jelerőssége meghaladja a 100 -szorosát.
Egy tipikus tuner kialakítás egyetlen konverziós vevő architektúrát használ, bár más architektúrák is lehetségesek. Az egyetlen konverziós tuner szerkezete tartalmaz egy előválasztó szűrőt, egy alacsony zajszintű erősítőt (LNA), egy lefelé konvertert és egy közepes frekvenciájú (IF) erősítőt.
1. A szilícium tuner kialakításának korlátai
1) Előre kiválasztott szűrőkövetés
Az előválasztó szűrő felveszi a teljes frekvenciajel frekvenciasávot, és kicsinyíti azt a kisebb frekvenciasávra, amely tartalmazza az érdeklődő csatornát. Tekintettel a csatorna széles frekvenciatartományára, ez azt jelenti, hogy az előválasztó szűrőnek követési sávszűrőnek kell lennie, amelynek középfrekvenciája a jelspektrumon belül változhat. Az RF automatikus erősítés -vezérlő funkcióval rendelkező LNA -k általában egy előre kiválasztott szűrőt követnek.
A downconverter szakasz traditionikusan heterodin rendszer. A downconvertert csatornakiválasztással tervezték, amely magában foglalja a helyi oszcillátor (LO) beállítását úgy, hogy a frekvenciája és az érdeklődési jel közötti különbség az IF szűrő sávszélességébe essen. Ez a szakasz nagy teljesítményű, keskeny sávú, rögzített frekvenciájú szűrőket használ-általában felszíni akusztikus hullámú (SAW) eszközöket-az összes többi lehetőség kiválasztásával és kizárásával. Ezt követi egy IF erősítő változtatható erősítés -szabályozással, amely lehetővé teszi a rendszer számára, hogy a kiválasztott jel erősségét a tuner által vezérelt demodulációs és észlelési áramkör igényeihez igazítsa.
Figyelembe véve a bemeneti jel széles frekvencia- és térerő-tartományát, ennek az architektúrának a használata a jó teljesítményű tuner előállításához számos kihívást fog jelenteni. Az egyik az előválasztó szűrő. A jel teljes sávszélességének lefedése érdekében a tipikus sugárzott TV -tuner megvalósítások megkövetelik, hogy a szűrők három különböző frekvenciasávban működjenek: VHF (nagyon magas frekvencia), 48–88 MHz; közepes VHF, 174-216 MHz; és UHF (szuper nagyfrekvenciás) 470-861 MHz -en. Egy általános megvalósítás az, hogy külön szűrőket használnak, mindegyikhez egyet.
2) Többsávos működés
Az előválasztó szűrő kiválasztja a működési frekvenciasávot, de a szükséges szelektivitás biztosítása érdekében szükség lehet nyomkövető szűrő bevezetésére. A nyomkövető szűrőnek viszonylag állandó sávszélességet kell fenntartania, bár a középfrekvencia sok oktáv alatt változhat. Egy ilyen szűrő megvalósításához általában nagyszámú passzív komponensre van szükség, például induktivitásokra, amelyeket manuálisan kell beállítani a gyárban a megfelelő teljesítmény elérése érdekében. A passzív komponensek és a kézi hangolás iránti igény nagymértékben megnöveli a tuner méretét és költségét. Egy tipikus tuner mérete 2.5 x 2 x 0.75 hüvelyk.
Az előválasztó szűrő azonban nem az egyetlen alkatrész, amely tervezési kihívásokkal jár. A downconverterben lévő LO -nak széles frekvenciatartományt is kezelnie kell. Az előválasztó szűrő csak csökkenti a bemeneti jel sávszélességét. A kamatjel még mindig bárhol eshet a 48-861 MHz -es tartományban, és az LO -nak alapvetően le kell fednie ezt a tartományt. Ezenkívül az LO-nak alacsony közeli hatótávolságú fáziszajt kell mutatnia, különben a DTV-csatorna vétel sérül. Az integrált áramkörű oszcillátor olyan széles frekvenciatartományt ér el, amely nem hangolható, és ugyanakkor alacsony fáziszajt mutat a mai elektronikus rendszerek tipikus 3 voltos tápfeszültségével. Akár 30 V -os tápegységre is szükség lehet.
Mindezen teljesítménykövetelmények teljesítése érdekében a legtöbb beszállító úgy dönt, hogy megtartja a hagyományos TV- és videomagnó -tuner -konstrukciókat, azok költsége és mérete ellenére. De a piaci nyomás kezdi kényszeríteni a változást. Az egyik elem a Szövetségi Kommunikációs Bizottság felhatalmazása, vagyis az Egyesült Államokban értékesített összes televízió elkezdte használni a digitális TV -adások vételére alkalmas tunereket. Ez a feladat arra kényszeríti a beszállítókat, hogy megváltoztassák termékeik alapvető szerkezetét, és lehetőséget teremtsenek a tuner -tervezés innovációjára.
A hordozható szórakoztató piac iránti kereslet növekedése elősegítette a tuner kialakításában bekövetkezett változásokat is. A hordozható elemmel működtetett vagy kézi eszközöket jelent, és tiltja a magas feszültségek használatát az LO megvalósításokban. Ezenkívül a hordozható eszközök sokkal kisebb megvalósítást igényelnek, mint a tipikus tunerek. A növekvő síkképernyős kijelző/TV piacon a kis méret is fontos. Síkpaneles kivitelben a tuner mérete lehet a termék ritkulásának korlátozó tényezője.
A tunerkövetelményeket befolyásoló másik tendencia az, hogy a fogyasztók egyszerre több csatornát akarnak fogadni. Ez azt jelenti, hogy több tunerre van szükség, ami több helyet foglal el, ami befolyásolja a rendszer méretét és növeli a tuner költségeit a végtermékhez. A méret csökkentésére irányuló piaci nyomás és más tendenciák elősegítették a szilícium tuner kialakítás használatát.
3) Szüntesse meg a kézi hangolást
A szilícium tuner tervezésének sok célja van. Az egyik fő cél annak kiküszöbölése, hogy a nyomkövető szűrőben külső összetevőket kézzel kell beállítani. Két hatása van a szilíciumnak. Az egyik az, hogy a legtöbb külső komponens kiküszöbölésével az is megszűnik, hogy képesek legyenek elnyelni és elvezetni a nem kívánt RF energiát a kizárt frekvenciasávból. A szilícium tunereknek innovatív áramköri konstrukciókat kell használniuk az LNA -kban és a keverőkben, hogy a nem kívánt energiát a tranzisztorok károsítása nélkül kezeljék.
A második hatás az új RF architektúra szükségessége. A korai szilícium tuner tervezések megpróbáltak kettős konverziós módszert alkalmazni, amely szelektivitást biztosított a külső komponensek kézi hangolása nélkül. Az első átalakítás felfelé tolja a bemeneti jel frekvenciáját. Az RF SAW szűrő csökkenti a sávszélességet, mielőtt másodszor IF -re konvertálna. A szűrőberendezés jelenti ennek a kialakításnak a fő költségét.
Az utóbbi időben önkalibrációs technológiát alkalmaznak a félvezető folyamatok gyártásában bekövetkezett változások leküzdésére. Néhányan kiküszöbölik a nagyfeszültségű tápegységek szükségességét az LO-hoz és az RF SAW-eszközök használatát. Ehelyett csak az IF szakaszban használnak SAW szűrőket, amelyek sokkal alacsonyabb frekvenciájúak és alacsonyabb költségű eszközök, mint az RF SAW szűrők.
Ezen konstrukciók szilíciumban történő megvalósítása fejlett félvezető folyamattechnológiát igényel. A chipszállítók általában csak a digitális VLSI megvalósításuk folyamatát jellemzik. A szilícium tuner megvalósításához a folyamatot az RF teljesítmény alapján kell jellemezni. Ezenkívül a folyamatnak módot kell adnia a megfelelő értékű induktor létrehozására, és kellően magas Q -val kell rendelkeznie az alacsony fázisú zajszintű LO megvalósításhoz vagy az RF szűrő kialakításához. Most egy ilyen folyamat használható.
A félvezető folyamatok mellett a szilícium tunerek gondos chiptervezést igényelnek. Az RF számos lehetőséget kínál a sugárzott és vezetett interferenciára. Az egychipes szilícium tuner kialakításban a chipen lévő jelvonalak közelsége és az áramköri szubsztrátok megosztása ezt súlyosbítja. Az interferencia szabályozásához olyan elrendezésre van szükség, amely elválasztja a kritikus áramköröket és árnyékolási mintákat tartalmaz. A tervezés megköveteli a chipen belüli áram- és földi elosztóhálózatok gondos létrehozását és kezelését is. Ezenkívül a tervezésnek tartalmaznia kell a chipen belüli és a chipen kívüli szűrőelemeket, hogy megszakítsa az interferencia jel útját.
Mindezek a problémák megoldódtak, és a szilícium tuner készülékek megjelenésével a terméktervezők elkezdtek módokat találni arra, hogy megszabaduljanak a régi tuner-in-a-can-tól. A műholdas és kábelvevők elsőként alkalmazták ezt a módszert. Nagyjából azonos teljesítményű jeleket dolgoznak fel minden csatornán. Ez a csatorna egységesség némileg leegyszerűsíti a tuner kialakítását, lehetővé téve a korai szilícium tuner berendezések megfelelését a követelményeknek.
A földfelszíni sugárzású vételhez azonban olyan tunert kell használni, amely szelektivitást biztosít a csatorna teljesítményszintek széles tartományában. A szomszédos csatornák erős jeleinek gyenge érdeklődési csatornákkal való kombinálásának lehetősége szigorú korlátozásokat ír elő a tuner kialakításának szelektivitására. A közelmúltig az innovatív rádiófrekvenciás architektúrák és a továbbfejlesztett RF félvezető -feldolgozás lehetővé tették a szilícium -tunerek számára, hogy alacsony áron elérjék a kívánt teljesítményt.
Azzal, hogy megszüntetik a manuális beállítás szükségességét, ezek a szilícium tunerek növelhetik a gyártási hozamokat és megbízhatóbb teljesítményt nyújthatnak, mint a régebbi kivitelek. Kielégítik a hordozható eszközök igényeit, mivel nincs szükségük nagyfeszültségű tápegységekre, és lehetővé teszik a kompakt megvalósítást. Tekintettel arra, hogy a piac befolyásolja ezeket a tulajdonságokat, a szilícium tunerek várhatóan összehangolják a TV -vevők kialakítását az elektronikai ipar más részeivel.
Ravi Shenoy ([e-mail védett]) az LSI Logic (Milpitas, Kalifornia) analóg igazgatója és RF technológiája.
Másik termék:
